生物陶瓷材料的研究

word文檔可自由復(fù)制編輯PAGE23JIANGSUUNIVERSITY材料科學(xué)課程設(shè)計生物陶瓷材料的研究StudyonBio-ceramicMaterials學(xué)院名稱：專業(yè)班級：姓名、學(xué)號：指導(dǎo)教師:：二Ｏ一二年一月目錄TOC\o"1-3"\h\u19340摘要 3183421.生物陶瓷材料的特性及介紹 414501.1生物陶瓷材料的概念 4279241.1.1生物材料 4269181.1.2生物陶瓷 4230291.2生物陶瓷的發(fā)展歷程 593831.3生物陶瓷的分類 6185911.3.1生物陶瓷根據(jù)其用途分類 6323121.3.2生物陶瓷根據(jù)其與生物組織的作用機理分類 7122511.4生物陶瓷具備的性能 8160911.4.1與生物組織有良好的相容性 852631.4.2有適當(dāng)?shù)纳锪W(xué)和生物學(xué)性能 931.4.3具有良好的加工性和臨床操作性 9230171.4.4具有耐消毒滅菌性能 945171.5生物陶瓷材料的優(yōu)點 929682.生物惰性陶瓷 1097212.1單晶、多晶和多孔氧化鋁 10151292.1.1單晶、多晶和多孔氧化鋁 1061822.1.2氧化鋁單晶的生產(chǎn)工藝 1041302.2氧化鋯陶瓷 1134412.3碳素類陶瓷 12280813.生物活性陶瓷 12278033.1生物玻璃陶瓷 12226043.1.1生物玻璃陶瓷 12178223.1.2玻璃陶瓷的生產(chǎn)工藝過程 13285223.2羥基磷灰石陶瓷 13214823.2.1羥基磷灰石陶瓷 1369593.2.2羥基磷灰石陶瓷的制造工藝 13224663.3磷酸三鈣 14227384.生物陶瓷材料的應(yīng)用實例 15101064.1生物陶瓷材料在骨科中的應(yīng)用研究進(jìn)展 1580954.2帶有治療功能的生物陶瓷復(fù)合材料 1691994.3具有力學(xué)性能促進(jìn)組織生長的功能材料 1644244.4具有生物體組織結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料 16273444.5醫(yī)用碳素材料 1720944.6陶瓷膜的生物污染控制及其抑菌改性 17179574.7醫(yī)用復(fù)合生物陶瓷材料的研究 18200245.生物陶瓷的發(fā)展前景及所存在的問題 1891015.1生物陶瓷的發(fā)展前景 181485.1.1人工陶瓷關(guān)節(jié) 1885375.1.2骨骼填充陶瓷材料 18273055.1.3臨床可以成形的人工骨 18210715.1.4用作放射療法治療癌癥的陶瓷 19156985.1.5熱療治癌的陶瓷 1941835.2生物陶瓷材料的發(fā)展熱點 19115955.3生物陶瓷需要解決的問題 2024019參考文獻(xiàn) 21生物陶瓷材料的研究摘要：生物陶瓷是一種具有與生物體或生物化學(xué)有關(guān)的區(qū)別于傳統(tǒng)陶瓷材料的新型材料，生物陶瓷有著傳統(tǒng)陶瓷所不具備的特殊功能。本文從生物陶瓷的發(fā)展過程、生物陶瓷的優(yōu)良性能、生物陶瓷的分類、應(yīng)用舉例和目前存在的問題等多方面，簡單的介紹生物陶瓷材料。關(guān)鍵詞：生物陶瓷性能分類應(yīng)用前景展望

生物陶瓷材料的特性及介紹1.1生物陶瓷材料的概念1.1.1生物材料生物材料學(xué)是生命科學(xué)與材料科學(xué)的交叉學(xué)科，在醫(yī)學(xué)和工程學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。研究的主要目的是在分析天然生物材料的組裝，生物功能及形成機理的基礎(chǔ)上，發(fā)展新型醫(yī)用材料及仿生高性能材料.按照研究對象和使用目的的不同，生物材料可分為：（1）天然生物材料：生物生命過程中形成的材料，如麻，棉，蠶絲和貝殼等（2）生物醫(yī)用材料：植入活體內(nèi)能起某種生物學(xué)功能的材料，如制作各種人工器官的材料（3）仿生和組織工程材料：模仿生物功能的人工合成的材料1.1.2生物陶瓷在各種生物材料中，目前應(yīng)用比較廣泛且生產(chǎn)工藝比較成熟的是生物陶瓷。陶瓷作為人體材料應(yīng)用早在古代就已開始，陶瓷不生繡、不燃燒，而且抗腐蝕性和強度也比較好，可以大大彌補金屬材料和有機材料的缺陷。象目前經(jīng)常在外科手術(shù)中使用的維塔利姆的鈷鉻鉬合金材料，雖然長期植入體內(nèi)很少產(chǎn)生特異變化，但并不能認(rèn)為它是完全穩(wěn)定的，有時也會引起身體異物反映和合金腐蝕現(xiàn)象，尤其是酵母系的酶很容易使人體產(chǎn)生預(yù)料不到的劇烈變化。而陶瓷不僅可以制成具有優(yōu)良生物惰性的材料，而且可以制成具有優(yōu)良生物活性的材料。所謂生物惰性材料，就是在人體內(nèi)基本不會發(fā)生變化的材料，也不會同人體組織發(fā)生相互作用。所謂生物活性材料，就是在人體內(nèi)會發(fā)生分解、吸收、反應(yīng)、析出等變化的材料。這種材料能同人體骨骼起生物化學(xué)作用，導(dǎo)致成骨過程，使移植體或骨骼修補物能于人體組織長合在一起。生物陶瓷指與生物體或生物化學(xué)有關(guān)的新型陶瓷。包括精細(xì)陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和單晶。根據(jù)使用情況，生物陶瓷可分為與生物體相關(guān)的植入陶瓷和與生物化學(xué)相關(guān)的生物工藝學(xué)陶瓷。植入陶瓷植入生物體內(nèi)，用以恢復(fù)和增強生物體機能。由于植入陶瓷直接與生物體接觸，故要求其與生物體的親和性好，不產(chǎn)生有毒的侵蝕、分解產(chǎn)物；不使生物細(xì)胞發(fā)生變異、壞死，以及引起炎癥和生長肉芽等；在體內(nèi)長期使用功能好，對生物體無致癌作用，本身不發(fā)生變質(zhì)；易于滅菌。常用的植入陶瓷有氧化鋁陶瓷和單晶氧化鋁、磷酸鈣系陶瓷、微晶玻璃、氧化鋯燒結(jié)體等，它們在臨床上用作人造牙、人造骨、人造心臟瓣膜、人造血管和其他醫(yī)用人造氣管穿皮接頭等。生物工藝學(xué)陶瓷用于分離細(xì)菌和病毒，用作固定化酶載體，以及作為生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，使用時不直接與生物體接觸。常用的有多孔玻璃和多孔陶瓷。前者不易被細(xì)菌侵入，環(huán)境溶液中溶媒的種類、pH值和溫度不易引起孔徑變化，材質(zhì)堅硬、強度高，多用作固定化酶載體。后者耐堿性能好，價格低，主要用作固定化酶載體，使固定化酶能長時間發(fā)揮高效催化作用。此外，控制多孔陶瓷的孔徑，可用于細(xì)菌、病毒、各種核酸、氨基酸等的分離和提純。1.2生物陶瓷的發(fā)展歷程對于生物陶瓷的應(yīng)用，人們是經(jīng)過了長期的摸索與研究。在18世紀(jì)前，人們就開始用柳枝、木、麻、象牙等天然材料作為骨修復(fù)材料，而生物陶瓷材料作為生物醫(yī)學(xué)材料則是始于18世紀(jì)初，1788年法國人Nicholas成功地完成了瓷全口及瓷牙修復(fù)，并在1792年獲得專利。1808年初成功制成了用于鑲牙的陶齒，而后在1871年，羥基磷灰石被人工合成。1894年，H.Dreeman報道使用熟石膏作為骨替換材料。1926年，Bassett用X-射線衍射分析發(fā)現(xiàn)骨和牙的礦物質(zhì)與羥基磷灰石的X射線譜相似。1928年，Leriche和Policard開始研究和應(yīng)用磷酸鈣作為骨替換材料．1930年，Naray-Szabo和Mehmel獨立地應(yīng)用X-ray衍射分析確定了氟磷灰石的結(jié)構(gòu)。1963年在生物陶瓷發(fā)展史上也是重要的一年，該年Smith報告發(fā)展了一種陶瓷骨替代材料。由于技術(shù)方面的限制，直到1971年才有羥基磷灰石被成功研制并擴大到臨床應(yīng)用的報道。1974年，Hench在設(shè)計玻璃成分時，曾有意識地尋求一種容易降解的玻璃，當(dāng)把這種玻璃材料植入生物體內(nèi)作為骨骼和牙齒的替代物時，發(fā)現(xiàn)有些材料中的組織可以和生物體內(nèi)的組分互相交換或者反應(yīng)，最終形成與生物體本身相容的性質(zhì)，構(gòu)成新生骨骼和牙齒的一部分。這種將無機材料與生物醫(yī)學(xué)相聯(lián)系的開創(chuàng)性研究成果，很快得到了各國學(xué)者的高度重視。中國20世紀(jì)70年代初期開始研究生物陶瓷，并用于臨床。1974年開展微晶玻璃用于人工關(guān)節(jié)的研究；1977年氧化鋁陶瓷在臨床上獲得應(yīng)用；1979年高純氧化鋁單晶用于臨床，以后又有新型生物陶瓷材料不斷出現(xiàn)，并應(yīng)用于臨床。中國上海硅酸鹽研究所、華南理工大學(xué)、北京市口腔醫(yī)學(xué)研究所等單位對生物陶瓷都進(jìn)行了深入的研究。目前，生物陶瓷的應(yīng)用范圍也正在逐步擴大，可應(yīng)用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒根、骨充填材料、骨置換材料、骨結(jié)合材料、還可應(yīng)用于人造心臟瓣膜、人工肌腱、人工血管、人工氣管，經(jīng)皮引線可應(yīng)用于體內(nèi)醫(yī)學(xué)監(jiān)測，以及膜、人造血管和其他醫(yī)用人造氣管和穿皮接頭等。生物陶瓷不僅具有不銹鋼塑料所具有的特性，而且具有親水性、能與細(xì)胞等生物組織表現(xiàn)出良好的親和性。生物陶瓷除用于測量、診斷治療等外，主要是用作生物硬組織的代用材料，可用于骨科、整形外科、牙科、口腔外科、心血管外科、眼外科、耳鼻喉科及普通外科等方面。1.3生物陶瓷的分類1.3.1生物陶瓷根據(jù)其用途分類廣義的生物陶瓷可以分為以下兩大類：（1）植入陶瓷：又稱生物體陶瓷，主要有人造牙、人造骨、人造心臟瓣膜、人造血管和其他醫(yī)用人造氣管和穿皮接頭等。目前已經(jīng)實用的品種有：①氧化鋁陶瓷和單晶氧化鋁：氧化鋁陶瓷由氧化鋁粉料燒結(jié)制成，單晶氧化鋁可用引上法或火焰熔融法制取。氧化鋁陶瓷表面為親水性，與生物體組織有良好的生物親合性。目前，在臨床實用中除做人造骨、人造關(guān)節(jié)外，還可制接骨用螺釘。②磷酸鈣系陶瓷：又稱磷灰石質(zhì)陶瓷，如羥基磷灰石【Ca10(PO4)6·(OH)2】與其他陶瓷相比，磷酸鈣陶瓷更類似于人骨和天然牙的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。在生物體內(nèi)，羥基磷灰石的溶解是無害的，并且依靠從體液中補充Ca2+和PO婯離子等形成新骨，可在骨骼接合界面產(chǎn)生分解、吸收和析出等反應(yīng)，實現(xiàn)牢固結(jié)合。因此，各國都在積極研制，對其在生物體方面的應(yīng)用寄予很大希望。羥基磷灰石可用氯化鈣和磷酸通過水溶液濕法反應(yīng)、水蒸氣中高溫固相反應(yīng)或者高溫高壓水蒸氣下反應(yīng)等方法合成。目前，已制成氣孔率分別為50％和90％的多孔體，氣孔率在0.1％以下的致密燒結(jié)體以及供固化用的粉料。用于人造骨、人造關(guān)節(jié)、人造鼻軟骨、穿皮接頭、人造血管和人造氣管等。③其他陶瓷：生物穩(wěn)定的碳具有很好的生物體親和性，在較低溫度炭化的碳水化合物制成的熱解炭作為人造心臟瓣膜已有數(shù)十萬實用病例。另外，CaO-P2O5-SiO2-Na2O系玻璃，以及微晶玻璃等也正在研制作為人造骨及人造牙。為了改進(jìn)陶瓷的脆性，ZrO2燒結(jié)體及復(fù)合材料也正在研制作為人造骨等。（2）生物工藝學(xué)陶瓷：在生物工藝學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域中，主要應(yīng)用的有多孔玻璃和多孔陶瓷。①多孔玻璃：利用玻璃分相現(xiàn)象制作的玻璃，采用適宜組成。例如：含Na2O8％、B2O324％、SiO268％的玻璃，在1500℃熔制，然后在500～650℃下熱處理，Na2O-B2O3相與SiO2相分離，經(jīng)酸中浸析使Na2O-B2O3相溶出，即形成具有連通細(xì)孔的SiO2玻璃。根據(jù)熱處理的溫度和時間可改變細(xì)孔孔徑。這種多孔SiO2玻璃作為固定化酶的載體有許多優(yōu)點：每克玻璃的細(xì)孔表面積可高達(dá)500m2；細(xì)孔孔徑可達(dá)2500?，并且孔徑集中；多孔玻璃不易被細(xì)菌侵入；溶液中溶媒的種類、pH和溫度不易引起細(xì)孔徑的變化；材質(zhì)堅硬、強度好。②多孔陶瓷載體：多孔陶瓷有Al2O3、TiO2、SiO2、ZrO2和TiO2-Al2O3的，它們的耐堿性能都很好，價格也比多孔玻璃低。主要用作固定化酶的載體，使固定化酶能長時間發(fā)揮高效催化作用。例如在食品工業(yè)中，分解蔗糖以制取葡萄糖果糖及人造蜂蜜用的轉(zhuǎn)化酶，就適于以多孔陶瓷為載體?？刂贫嗫滋沾傻募?xì)孔徑，可以應(yīng)用于細(xì)菌、病毒、各種核酸、氨基酸等的分離和提純。利用細(xì)孔還可以處理生活用水。表1植入陶瓷的品種和用途1.3.2生物陶瓷根據(jù)其與生物組織的作用機理分類目前，世界上能植入體內(nèi)的生物陶瓷，根據(jù)與生物組織的作用機理，大致可分為三類：生物惰性陶瓷：包括多晶氧化鋁陶瓷、單晶氧化鋁陶瓷、高密度羥基磷灰石陶瓷、碳素陶瓷、氧化鋯陶瓷、氮化硅陶瓷等。它們植入生物體組織內(nèi)不與生物體組織形成化學(xué)結(jié)合，而是在固定于生物體內(nèi)時，在植入體上鉆孔或在其表面制成螺紋或溝狀進(jìn)行連接，它們與生物體組織的結(jié)合為一種物理結(jié)合，其界面關(guān)系的研究還不十分深透，但這類材料具有較長期的穩(wěn)定性。（2）生物活性陶瓷：包括生物玻璃、低密度羥基磷灰石類陶瓷（鋯—羥基磷灰石陶瓷、氟一羥基磷灰石陶瓷、鈣—羥基磷灰石陶瓷）、磷酸鈣玻璃陶瓷等。由于生物體硬組織（牙齒、骨）的主要成分是羥基磷灰石，因此有人也把羥基磷灰石陶瓷稱之為人工骨。用這類材料制成的生物陶瓷，因為含有通過正常新陳代謝途徑而進(jìn)行置換的磷、鈣、水、二氧化碳等元素和化合物，植入生物體內(nèi)能逐漸被生物體所吸收。但其缺點是在被吸收過程中它的強度嚴(yán)重下降，故在設(shè)計時要認(rèn)真考慮機械因素，使機體組織和再吸收陶瓷結(jié)構(gòu)在愈合進(jìn)程中不致斷裂。（3）生物吸收性陶瓷。如磷酸三鈣、可溶性鈣鋁系低結(jié)晶度羥基磷灰石等。表2生物陶瓷種類和材料組成除上述三類生物陶瓷材料外，近來還發(fā)展了一種金屬—陶瓷多孔復(fù)合種植材料。這是為了克服陶瓷材料的脆性，以鈦金屬作核增強，并模擬骨的成分結(jié)構(gòu)，在鈦金屬的表面復(fù)合陶瓷。據(jù)報導(dǎo)，這種金屬—陶瓷多孔復(fù)合種植材料，與TC4鈦合金相比，結(jié)合強度明顯提高。經(jīng)動物植入實驗結(jié)果，隨植入的時間推移，X線片所見骨密度不斷增加，種植體與周圍骨組織間隙消失，呈現(xiàn)骨的正常影象。SEM觀察，種植體與組織界線消失，新生的纖維組織和骨組織從多孔陶瓷表層伸入到內(nèi)部形成交叉生長狀態(tài)，而且伴隨有鈣鹽沉積，形成正常的骨性結(jié)合。臨床種植實驗結(jié)果，種植后種植體一直非常穩(wěn)固，種植體周圍組織無紅腫炎癥反應(yīng)。修復(fù)一個月后線片可見種植體周圍骨結(jié)構(gòu)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，并恢復(fù)到正常骨的水平。獲得了良好的種植效應(yīng)。醫(yī)學(xué)家們認(rèn)為，金屬—陶瓷多孔復(fù)合種植材料是很有前途的一種復(fù)合種植材料。1.4生物陶瓷具備的性能1.4.1與生物組織有良好的相容性這是指將生物陶瓷材料代替硬組織（牙齒、骨）植入人體內(nèi)后，與機體組織（軟組織、硬組織以及血液、組織液）接觸時，具有良好的親和性能。在體內(nèi)正常代謝作用下，不致產(chǎn)生變質(zhì)或變性。在機體正常發(fā)育和增生吸收過程中，材料能長期保持穩(wěn)定狀態(tài)，不發(fā)生生物退變性。材料與機體軟組織都具有良好的結(jié)合性。此外，還要求材料對周圍組織無毒性、無刺激性、無致敏性、無免疫排斥性以及無致癌性。1.4.2有適當(dāng)?shù)纳锪W(xué)和生物學(xué)性能材料的力學(xué)性能與機體組織的生物力學(xué)性能相一致，不產(chǎn)生對組織的損傷和破壞作用。以口腔和領(lǐng)面種植學(xué)為例，要求植入的生物陶瓷應(yīng)具有承受口腔內(nèi)的靜力和動力作用的足夠強度，能發(fā)揮正常的咀嚼功能。特別是口腔硬組織的彈性模量必須相近似，以避免在功能作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中而造成對口腔硬組織的損傷和破壞，或造成新生骨的再吸收。1.4.3具有良好的加工性和臨床操作性生物陶瓷植入的目的，是通過人工材料替代和恢復(fù)各種原因造成的天然牙和骨缺損缺失的生理外形，重建已喪失的生理功能。因此為修復(fù)這類復(fù)雜的牙、骨缺損，就要求種植的生物陶瓷具有良好的加工成形性，且在臨床治療過程中，操作簡便，易于掌握。1.4.4具有耐消毒滅菌性能生物陶瓷材料是長期植入體內(nèi)的材料，植入前須進(jìn)行嚴(yán)格的消毒滅菌處理因此無論是高壓煮沸、液體浸泡、氣體（環(huán)氧乙烷）或γ射線消毒后，材料均不能因此而產(chǎn)生變性，且在液體或氣體消毒后，不能含有殘留的消毒物質(zhì)，以保證對機體組織不產(chǎn)生危害。1.5生物陶瓷材料的優(yōu)點生物陶瓷由于是高溫處理工藝所成的無機非金屬材料，因此具有金屬、高分子材料無法比擬的優(yōu)點：（1）由于它是在高溫下燒結(jié)制成，其結(jié)構(gòu)中包括鍵強很大的離子鍵或共價鍵，所以具有良好的機械強度、硬度、壓縮強度高，極其穩(wěn)定；在體內(nèi)難于溶解，不易氧化、不易腐蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，便于加熱消毒、耐磨、有一定潤滑性能，不易產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，而且和人體組織的親和性好，幾乎看不到與人體組織的排斥作用，因此能滿足種植學(xué)要求。（2）陶瓷的組成范圍比較寬，可以根據(jù)實際應(yīng)用的要求設(shè)計組成，控制性能的變化。例如可降解生物陶瓷在體內(nèi)不同部位的使用中，希望能針對被置換骨的生長特點獲得具有不同降解速度的陶瓷。否則，當(dāng)降解速度超過骨生長速度時，就會產(chǎn)生“死區(qū)”，影響修復(fù)。如果向此類材料中添加適當(dāng)比例的非降解性生物陶瓷，就能調(diào)整降解速度，滿足臨床要求。（3）陶瓷容易成型，可根據(jù)需要制成各種形態(tài)和尺寸，如顆粒形、柱形、管形、致密型或多孔型，也可制成骨螺釘、骨夾板、制成牙根、關(guān)節(jié)、長骨、顱骨等。采用特殊的工藝還可以得到尺寸精密的人工骨制品。（4）后加工方便。通常認(rèn)為陶瓷很難加工，但隨陶瓷加工設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在陶瓷的切割、研磨、拋光等已是成熟的工藝。近年來又發(fā)展了可用普通金屬加工機床進(jìn)行車銑、刨、鉆等的可切割性生物陶瓷，利用玻璃陶瓷結(jié)晶化之前的高溫流動性，可制成精密鑄造的玻璃陶瓷。（5）易于著色。如陶瓷牙冠與天然牙逼真，利于整容、美容。生物惰性陶瓷生物惰性陶瓷主要是指化學(xué)性能穩(wěn)定，生物相溶性好的陶瓷材料。這類陶瓷材料的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，分子中的鍵力較強，而且都具有較高的機械強度，耐磨性以及化學(xué)穩(wěn)定性，它主要有氧化鋁陶瓷、單晶陶瓷、氧化鋯陶瓷、玻璃陶瓷等，又分為以下幾種：2.1單晶、多晶和多孔氧化鋁2.1.1單晶、多晶和多孔氧化鋁單晶氧化鋁軸方向具有相當(dāng)高的抗彎強度，耐磨性能好，耐熱性好，可以直接與骨固定。已被用作人工骨、牙根、關(guān)節(jié)、螺栓。并且該螺栓不生銹，也不會溶解出有害離子，與金屬螺栓不同，勿需取出體外。60年代后期，廣泛用作硬組織修復(fù)。多晶化學(xué)性能十分穩(wěn)定，幾乎不與組織液發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，硬度高，機械強度高。總之氧化鋁陶瓷具有良好的組織親和性，這是因為其表面具有親水性，即氧化鋁結(jié)晶表面氧原子能捕獲水分子而產(chǎn)生極化現(xiàn)象，結(jié)果在其表面覆蓋一層羥基，它能吸附水分子，在表面形成親水層，使表面呈強極性，易被組織液浸潤。在極性層外間構(gòu)成水——金屬離子——蛋白質(zhì)的“三明治”式結(jié)構(gòu)，形成周期的氧化鋁生物相容性。氧化鋁陶瓷和單晶氧化鋁。氧化鋁陶瓷由氧化鋁粉料燒結(jié)制成，單晶氧化鋁可用引上法或火焰熔融法制取。氧化鋁陶瓷表面為親水性，與生物體組織有良好的生物親合性。目前，在臨床實用中除做人造骨、人造關(guān)節(jié)外，還可制接骨用螺釘。2.1.2氧化鋁單晶的生產(chǎn)工藝氧化鋁單晶的生產(chǎn)工藝有提拉法、導(dǎo)模法、氣相化學(xué)沉積生長法、焰熔法等。提拉法即是把原料裝入坩堝內(nèi)，將坩堝置于單晶爐內(nèi)，加熱使原料完全熔化，把裝在籽晶桿上的籽晶浸漬到熔體中與液面接觸，精密地控制和調(diào)整溫度，緩緩地向上提拉籽晶桿，并以一定的速度旋轉(zhuǎn)，使結(jié)晶過程在固液界面上連續(xù)地進(jìn)行，直到晶體生長達(dá)到預(yù)定長度為、止。提拉籽晶桿的速度1.0-4mm/min坩堝的轉(zhuǎn)速為10r/min，籽晶桿的轉(zhuǎn)速為25r/minb、導(dǎo)模法簡稱EFG法。在擬定生長的單晶物質(zhì)熔體中，放頂面下所擬生長的晶體截面形狀相同的空心模子即導(dǎo)模，模子用材料應(yīng)能使熔體充分潤濕，而又不發(fā)生反應(yīng)。由于毛細(xì)管的現(xiàn)象，熔體上升，到模子的頂端面形成一層薄的熔體面。將晶種浸漬到基中，便可提拉出截面與模子頂端截面形狀相同的晶體。c、氣相化學(xué)沉積生長法將金屬的氫氧化物、鹵化物或金屬有機物蒸發(fā)成氣相，或用適當(dāng)?shù)臍怏w做載體，輸送到使其凝聚的較低溫度帶內(nèi)，通過化學(xué)反應(yīng)，在一定的襯底上沉積形成薄膜晶體。d、焰熔法將原料裝在料斗內(nèi)，下降通過倒裝的氫氧焰噴嘴，將其熔化后沉積在保溫爐內(nèi)的耐火材料托柱上，形成一層熔化層，邊下降托柱邊進(jìn)行結(jié)晶。用這種方法晶體生長速度快、工藝較簡單，不需要昂貴的銥金坩堝和容器，因此較經(jīng)濟。e、單晶氧化鋁臨床應(yīng)用。它用作人工關(guān)節(jié)柄與氧化鋁多晶陶瓷相比具有比較高的機械強度，不易折斷。它還可以作為損傷骨的固定材料，主要用于制作人工骨螺釘，比用金屬材料制成的人工骨螺釘強度高。可以加工成各種齒用的尺寸小、強度大的牙根，由于氧化鋁單晶與人體蛋白質(zhì)有良好的親合性能，結(jié)合力強，因此有利于牙齦粘膜與異齒材料的附著。2.2氧化鋯陶瓷部分穩(wěn)定的氧化鋯和氧化鋁一樣，生物相容性良好，在人體內(nèi)穩(wěn)定性高，且比氧化鋁斷裂韌性、耐磨性更高，有利減少植入物尺寸和實現(xiàn)低摩擦、磨損，用以制造牙根、骨、股關(guān)節(jié)、復(fù)合陶瓷人工骨、瓣膜等。中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的科學(xué)家還研制成功了等離子噴涂氧化鋯人工骨與關(guān)節(jié)陶瓷涂層材料，并獲得了國家發(fā)明獎。表3氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷的物理特性部分生物惰性陶瓷的性能見下表：（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對于醫(yī)用氧化鋁植入制品的要求也一起列入）物理特性氧化鋁陶瓷ISO標(biāo)準(zhǔn)

6474氧化鋯陶瓷緊質(zhì)骨松質(zhì)骨質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%氧化鋁>99.8氧化鋁>99.5氧化鋯>97密度/(g·cm-3)>3.93>3.906.051.6-2.1平均粒徑/mm-33-6<70.2-0.4表面粗糙度Ra/mm-30.020.008硬度/HV2300>20001300壓縮強度/MPa45002000100-2302-12抗彎強度/MPa595>400100050-150楊氏模量/GPa4001507-300.05-0.5斷裂人性K/(MPa·m1/2)5-6152-122.3碳素類陶瓷包括碳素、玻璃碳、碳纖維及熱解石墨等，其成分是碳元素，玻璃碳的強度差，在1300～1500℃加熱分解碳?xì)浠衔锏玫降臒峤馐⒘?，質(zhì)地致密堅硬；碳纖維強度大，撓性好。在20世紀(jì)60年代人們發(fā)現(xiàn)它們具有血液相容性、抗血栓性好，且其彈性模量近似天然骨，對組織力學(xué)刺激小，與人體組織親和性好、耐侵蝕、輕、耐疲勞、潤滑與人體組織無反應(yīng)、不溶解、能牢固的粘附在其它材料的表面。已用作人工心瓣膜、血管、尿管、支氣管、膽管、韌帶、腱、牙根、關(guān)節(jié)等。生物穩(wěn)定的碳具有很好的生物體親和性，在較低溫度炭化的碳水化合物制成的熱解炭作為人造心臟瓣膜已有數(shù)十萬實用病例。生物活性陶瓷生物活性陶瓷包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷，又叫生物降解陶瓷。生物表面活性陶瓷通常含有羥基，還可做成多孔性，生物組織可長入并同其表面發(fā)生牢固的鍵合；生物吸收性陶瓷的特點是能部分吸收或者全部吸收，在生物體內(nèi)能誘發(fā)新生骨的生長。生物活性陶瓷有生物活性玻璃（磷酸鈣系），羥基磷灰和陶瓷，磷酸三鈣陶瓷等幾種。3.1生物玻璃陶瓷3.1.1生物玻璃陶瓷這種材料的主要成分是CaO·Na2O·SiO2·P2O5，比普通窗玻璃含有較多鈣和磷，與骨自然牢固地發(fā)生化學(xué)結(jié)合。醫(yī)學(xué)家們將這種材料植入人體，只有一個月表面就形成SiO2膠凝層，進(jìn)而與骨骼形成化學(xué)鍵。目前此種材料已用于修復(fù)耳小骨，對恢復(fù)聽力具有良好效果。但由于強度低，只能用于人體受力不大的部位。3.1.2玻璃陶瓷的生產(chǎn)工藝過程玻璃陶瓷的生產(chǎn)工藝流程：配料制備→配料熔融→成型→加工→晶化熱處理→再加工。玻璃陶瓷生產(chǎn)過程的關(guān)鍵在晶化熱處理階段：第一階段為成核階段，第二階段為晶核生長階段，這兩個階段有密切的聯(lián)系，在A階段必須充分成核，在B階段控制晶核的成長。玻璃陶瓷的析晶過程由三個因素決定。第一個因素為晶核形成速度；第二個因素為晶體生長速度；第三個因素為玻璃的粘度。這三個因素都與溫度有關(guān)。玻璃陶瓷的結(jié)晶速度不宜過小，也不宜過大，有利于對析晶過程進(jìn)行控制。為了促進(jìn)成核，一般要加入成核劑。一種成核劑為貴金屬如金、銀、鉑等離子，但價格較貴，另一種是普通的成核劑，有TiO2、ZrO2、P2O5、V2O5、Cr2O3、MoO3、氟化物、硫化物等。3.2羥基磷灰石陶瓷3.2.1羥基磷灰石陶瓷其組成與天然磷灰石礦物相近，是脊椎動物骨和齒的主要無機成分，結(jié)構(gòu)亦非常接近，呈片狀微晶狀態(tài)。人體最堅固的硬組織是牙釉質(zhì)，它約含98%無機質(zhì)，主要為HAP，余為磷酸鈣，與生命起源十分密切。其制備一般可從分解動物的骨組織和人工合成獲得，后者又分濕法和固相反應(yīng)。但固相反應(yīng)和灼燒哺乳動物骨骼在高溫中一部分羥基會丟失，且難以消除雜相，故少用。反應(yīng)共沉淀是將鈣質(zhì)原料和磷酸鹽或磷酸，分別配制成合適濃度的液體，按Ca/P原子比1.67、pH>7，控制適當(dāng)溫度進(jìn)行反應(yīng)合成，沉淀物經(jīng)脫水干燥、高溫煅燒得淺綠色合成晶體的團(tuán)聚體，純度達(dá)99.5%以上，其化學(xué)組成主要為CaO、P2O5。單一的HAP的成形和燒結(jié)性能較差，易變形和開裂。加入ZrO2+、Y2O3、ZnO和含鎂鹽的CPM復(fù)合試劑等，可使具有良好生物相容性和足夠機械強度，且無毒。連續(xù)熱等靜壓燒結(jié)是制備理論密度的高致密HAP的有效方法。這種材料主要用作生物硬組織的修復(fù)和替換材料，如口腔種植、牙槽脊增高、牙周袋填補、額面骨缺損修復(fù)、耳小骨替換等。由于機械強度不夠高，只限用于以上不承受大載荷部位。3.2.2羥基磷灰石陶瓷的制造工藝a、固相反應(yīng)法這種方法與普通陶瓷的制造方法基本相同，根據(jù)配方將原料磨細(xì)混合，在高溫下進(jìn)行合成，合成溫度1000-1300℃，反應(yīng)式如下：6CaHPO4·2H2O+4CaCO3Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+4H2Ob、水熱反應(yīng)法將CaHPO4與CaCO3按6：4摩爾比進(jìn)行配料，然后進(jìn)行24h濕法球磨。將球磨好的漿料倒入容器中，加入足夠的蒸餾水，在80-100℃恒溫情況下進(jìn)行攪拌，反應(yīng)完畢后，放置沉淀得到白色的羥基磷灰石沉淀物，其反應(yīng)式如下：6CaHPO4+4CaCO3═Ca10(PO4)6(OH)2+4CO2+2H2Oc、沉淀反應(yīng)法此法用Ca(NO3)2與(NH4)2HPO4進(jìn)行反應(yīng)，得到白色的羥基磷其反應(yīng)如下：10Ca(NO3)2+6(NH4)2HPO4+8NH3·H2O+H2O=Ca10(PO4)6(OH)2+20NH4NO3+7H2O此外，還有其它方法可制成羥基磷灰石。3.3磷酸三鈣磷酸鈣品類繁多，但生物學(xué)感興趣的有六種，作為人工骨生物磷酸鈣陶瓷研究較多的是β磷酸三鈣和羥基磷酸鈣。磷酸三鈣的化學(xué)組成與羥基磷灰石類似，只是鈣磷比較羥基磷灰石低，約為1.5，在體內(nèi)能降解，其產(chǎn)物可隨體內(nèi)新陳代謝而被吸收或排出體外。缺點是機械強度偏低，經(jīng)不起力的沖擊。目前，磷酸三鈣主要制成多孔陶瓷作為骨骼填充劑，或作顱骨置換等。但在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)，磷酸三鈣被植入后，溶解產(chǎn)物是“粒子”而不是“離子”，那些未被肌體吸收的粒子在基體體內(nèi)聚集可能會引起淋巴結(jié)增生，對人體不利。與其他陶瓷相比，磷酸鈣陶瓷更類似于人骨和天然牙的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)，羥基磷灰石的溶解是無害的，并且依靠從體液中補充Ca和PO4離子等形成新骨，可在骨骼接合界面產(chǎn)生分解、吸收和析出等反應(yīng)，實現(xiàn)牢固結(jié)合。因此，各國都在積極研制，對其在生物體方面的應(yīng)用寄予很大希望。羥基磷灰石可用氯化鈣和磷酸通過水溶液濕法反應(yīng)、水蒸氣中高溫固相反應(yīng)或者高溫高壓水蒸氣下反應(yīng)等方法合成。目前，已制成氣孔率分別為50%和90%的多孔體，氣孔率在0.1%以下的致密燒結(jié)體以及供固化用的粉料。用于人造骨、人造關(guān)節(jié)、人造鼻軟骨、穿皮接頭、人造血管和人造氣管等。4.生物陶瓷材料的應(yīng)用實例4.1生物陶瓷材料在骨科中的應(yīng)用研究進(jìn)展目前，對羥基磷灰石材料的研究重點是克服羥基磷灰石生物陶瓷材料的脆性和在生理環(huán)境中的疲勞破壞，使其能用作承力的骨替換材料，因此研究人員正試圖利用納米的微尺寸效應(yīng)來研究納米羥基磷灰石對提高材料強韌性以及對生物相容性的影響。有資料報道，羥基磷灰石材料近十年來受到臨床重視，它的種植體模仿了骨基質(zhì)的結(jié)構(gòu)，具有骨誘導(dǎo)性，能為新生骨組織的長入提供支架和通道，孔徑、孔率和孔內(nèi)部的連通行是骨長入方式和數(shù)量的決定性因素。研究表明，當(dāng)種植體內(nèi)部連通氣孔的孔徑為5~40μm時，允許纖維組織長入；當(dāng)孔徑為40~100μm時，允許非礦化的骨樣組織長入；當(dāng)孔徑在150~200μm時，能為骨組織的長入提供理想的場所；當(dāng)孔徑超過200μm時，是骨傳導(dǎo)的基本要求；當(dāng)孔徑在200~400μm時，最有利于新骨生長。陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基體，通過不同方式引入顆粒、晶須或纖維等增強體而獲得的一類復(fù)合材料。目前生物陶瓷基復(fù)合材料尚未達(dá)到大規(guī)模臨床應(yīng)用階段，其研究還主要集中于生物材料的活性和骨結(jié)合性能研究以及材料增強研究等。Al2O3、ZrO2等生物惰性材料自20世紀(jì)70年代初在臨床應(yīng)用研究中得到應(yīng)用，但它與生物硬組織的結(jié)合為一種機械的鎖合。以高強度氧化物陶瓷為基體，摻入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物物陶瓷優(yōu)良力學(xué)性能的基礎(chǔ)上還具有一定的生物活性和骨結(jié)合能力。為滿足骨科臨床對生物學(xué)性能和力學(xué)性能的要求，人們開始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷與生物玻璃的復(fù)合研究，以使材料在氣孔率、比表面積、生物活性和機械強度等方面的綜合性能得以改善。近年來，對羥基磷灰石和磷酸三鈣復(fù)合材料的研究也日益增多。30%羥基磷灰石與70%磷鈣陶瓷，研究發(fā)現(xiàn)羥基磷灰石-磷酸三鈣致密復(fù)合材料的斷裂主要為穿晶斷裂，其沿晶斷裂的程度也大于純單相陶瓷材料。羥基磷灰石-磷酸三鈣多孔復(fù)合材料植入動物體內(nèi)，其性能起初類似于β-磷酸三鈣，而后具有羥基磷灰石的特性，通過調(diào)整羥基磷灰石與磷酸三鈣的比例，達(dá)到滿足不同臨床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末與羥基磷灰石制備而成的復(fù)合材料，植入兔骨中8周后取出，骨質(zhì)與復(fù)合材料之間的剪切破壞強度達(dá)27MPa，比純羥基磷灰石陶瓷有明顯的提高。生物陶瓷材料尤其在濕生理環(huán)境中的力學(xué)性能較差，生物陶瓷的活性研究及其與骨組織的結(jié)合性能研究，并未能解決材料固有的脆性特征。生物陶瓷的增強方式主要有顆粒增強、晶須或纖維增強、相變增韌和層狀復(fù)合增強等。例如當(dāng)羥基磷灰石粉末中添加10%～70%的ZrO2粉末時，材料經(jīng)1300～1350℃熱壓燒結(jié)，其強度和韌性隨燒結(jié)溫度的提高而增加。納米SiC增強羥基磷灰石復(fù)合材料比純羥基磷灰石陶瓷的抗彎強度提高1.6倍、斷裂韌性提高2倍、抗壓強度提高1.4倍，與生物硬組織的性能相當(dāng)。晶須和纖維為陶瓷基復(fù)合材料的一種有效增韌補強材料，SiC晶須增強生物活性玻璃陶瓷材料，復(fù)合材料的抗彎強度可達(dá)460MPa、斷裂韌性達(dá)4.3MPam1/2，成為可靠性最高的生物陶瓷基復(fù)合材料。羥基磷灰石晶須增韌羥基磷灰石復(fù)合材料的增韌補強效果同復(fù)合材料的氣孔率有關(guān)，當(dāng)復(fù)合材料相對密度達(dá)92%～95%時復(fù)合材料的斷裂韌性可提高40%。目前用于補強醫(yī)用復(fù)合材料的主要有：SiC，Si3N4，Al2O3，ZrO2，羥基磷灰石纖維或晶須以及碳纖維等。4.2帶有治療功能的生物陶瓷復(fù)合材料該類材料是利用骨的壓電效應(yīng)能刺激骨折愈合的特點，使壓電陶瓷與生物活性陶瓷復(fù)合，在進(jìn)行骨置換的同時,利用生物體自身運動對置換體產(chǎn)生的壓電效應(yīng)來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長。具體來說，由于腫瘤中血管供氧不足，當(dāng)局部被加熱到43~45℃時，癌細(xì)胞很容易被殺死?，F(xiàn)在最常用的是將順磁性或超順磁性的納米鐵氧體納米顆粒與生物活性陶瓷復(fù)合，填充在因骨腫瘤而產(chǎn)生的骨缺損部位，利用外加交變磁場，充填物因磁滯損耗而產(chǎn)生局部發(fā)熱，殺死癌細(xì)胞，又不影響周圍正常組織?，F(xiàn)在功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段，臨床應(yīng)用鮮有報道，但其發(fā)展應(yīng)用前景是很光明的。4.3具有力學(xué)性能促進(jìn)組織生長的功能材料[Ca10(PO4)6(OH)2](簡稱HA)生物活性人工骨是一種新型骨和牙齒的修復(fù)和替換材料，屬高技術(shù)陶瓷材料領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代初在國際上開始得到重視，20世紀(jì)80年代中后期研究工作進(jìn)入高潮，一些制品正式投入臨床使用。這類材料無毒、無刺激、不致畸、不致癌，而且植入人體后可與原骨結(jié)合成一體，形成牢固的骨性結(jié)合，在強力作用下，不在“界面”上與骨分離，即使偶然破裂，也能在體內(nèi)自行愈合。因此，被稱為生物活性材料。例如HA與骨形成蛋白(BMP)復(fù)合，為缺損處新骨形成提供適宜的“骨支架”。復(fù)合BMP后，活躍的成骨細(xì)胞及類骨質(zhì)在HA表面重新生成板層狀骨。Kawamura實驗結(jié)果表明，BMP成網(wǎng)狀分布于HA孔隙壁上，復(fù)合材料骨生成明顯多于單純HA，孔徑為90~200μm時骨生成較早。體內(nèi)缺損填充觀察，3周即可見有軟骨及網(wǎng)狀骨形成，6周則轉(zhuǎn)為板狀骨及具有造血功能的骨髓組織，新骨與HA之間有一定的親和力。4.4具有生物體組織結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料由于傳統(tǒng)的人工器官(如人工腎、肝)不具備生物功能(代謝、合成)，只能作為輔助治療裝置使用，研究具有生物功能的組織工程人工器官已在全世界引起廣泛重視。構(gòu)建組織工程人工器官需要3個要素，即“種子”細(xì)胞、支架材料、細(xì)胞生長因子。最近，由于干細(xì)胞具有分化能力強的特點，將其用作“種子”細(xì)胞進(jìn)行構(gòu)建人工器官成為熱點。已經(jīng)在人工皮膚、人工軟骨、人工神經(jīng)、人工肝等方面取得了一些突破性成果。其主要任務(wù)是實現(xiàn)受損組織或器官的修復(fù)和再建，延長壽命和提高健康水平。其方法是將特定組織細(xì)胞“種植”于一種生物相容性良好、可被人體逐步降解吸收的生物材料(組織工程材料)上，形成細(xì)胞—生物材料復(fù)合物，生物材料為細(xì)胞的增長繁殖提供三維空間和營養(yǎng)代謝環(huán)境，隨著材料的降解和細(xì)胞的繁殖，形成新的具有與自身功能和形態(tài)相應(yīng)的組織或器官，這種具有生命力的活體組織或器官能對病損組織或器官進(jìn)行結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能的重建，并達(dá)到永久替代。4.5醫(yī)用碳素材料隨著人們成功地利用低溫?zé)峤馔蕴贾圃斐鋈斯C械心瓣并臨床應(yīng)用以來，醫(yī)用碳素材料的研究與開發(fā)在新型醫(yī)用材料領(lǐng)域一直十分活躍。由于碳素材料具有十分突出的生物相容性和適中的力學(xué)性能，主要被用于制造生物植入體。另外，由于醫(yī)用碳素材料是一種化學(xué)惰性材料，在體內(nèi)不會因被腐蝕或磨損而產(chǎn)生對機體有害的離子，低溫?zé)峤馔蕴歼€具有罕見的抗血凝性能，所以可直接應(yīng)用于心血管系統(tǒng)。與金屬材料相比，醫(yī)用碳素材料又具有良好的“生物力學(xué)相容性”，尤其是碳纖維問世以來，碳—碳復(fù)合材料、碳纖維增強樹脂等多種高性能結(jié)構(gòu)材料不斷涌現(xiàn)，它們集高強度、低模量于一身，并具有很好的抗疲勞性能，因此醫(yī)用碳素材料作為修復(fù)或替代受損骨組織的材料已較為廣泛地應(yīng)用于骨傷外科。隨著新型納米碳素材料碳納米管的出現(xiàn)，國內(nèi)外一些學(xué)者開始利用其特異的電學(xué)與光學(xué)性質(zhì)，在傳統(tǒng)生物材料中加入碳納米管制造出具有獨特功能的新型生物復(fù)合材料。4.6陶瓷膜的生物污染控制及其抑菌改性陶瓷膜因其具有耐高溫高壓，耐腐蝕，耐有機溶劑，膜通量高和使用壽命長等優(yōu)點被廣泛運用于水處理，食品飲料，醫(yī)藥，化工，電子以及環(huán)保等領(lǐng)域.但陶瓷膜的污染尤其是生物污染成為制約其實際運用的一個重要因素，因此陶瓷膜的抑菌改性越來越受到人們關(guān)注，目前對陶瓷膜的研究主要集中于膜的分離性能,傳質(zhì)機理等方面，而對于其抑菌改性研究還處于探索階段.陶瓷膜抑菌改性時不僅要考慮改性后陶瓷膜的抑菌性能，更重要的是要注意膜在實際應(yīng)用時的分離性能，要盡可能使改性后的膜更具應(yīng)用價值.陶瓷膜的抑菌改性可以有效減輕其在使用過程中的微生物污染問題，延長其使用壽命，具有良好的發(fā)展空間.4.7醫(yī)用復(fù)合生物陶瓷材料的研究隨著醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)展，人們對因腫瘤及損傷等原因造成的組織或器官的缺損的修復(fù)越來越重視.由于自體組織移植作為修復(fù)材料的來源受到限制"并存在弊端"許多材料學(xué)家與醫(yī)學(xué)工作者相結(jié)合把目光集中到各種人工材料上"可吸收的人工材料前段時間研究頗熱"但是由于材料吸收速度與人體組織修復(fù)之間的時間差異等各種問題而使對其的研究受到了限制，而從20世紀(jì)60年代開始研究的人體生物陶瓷由于良好的生物相容性生物力學(xué)性能而得到廣泛的關(guān)注，但是陶瓷的脆性始終限制了陶瓷的臨床應(yīng)用.最近"增韌陶瓷及納米陶瓷材料的研究"正進(jìn)一步深入并且取得了很大的成功，科學(xué)家預(yù)言："納米技術(shù)是改善陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑."納米級復(fù)合生物陶瓷的各種生物力學(xué)性能更加符合人體硬組織的要求，這給生物陶瓷的研究注入了新的活力。

5.生物陶瓷的發(fā)展前景及所存在的問題5.1生物陶瓷的發(fā)展前景在醫(yī)用方面，生物陶瓷已成為生物材料的一個重要領(lǐng)域，生物陶瓷有著不可估量的醫(yī)用前景。5.1.1人工陶瓷關(guān)節(jié)人們正在研制開發(fā)機械強度高、韌性好、硬度及化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，臼蓋和骨頭的吻合性能更好，且容易制作的陶瓷材料，更理想的是手術(shù)時不必切除支撐關(guān)節(jié)面的骨骼，僅僅用于修復(fù)關(guān)節(jié)面就可以使用的新型陶瓷材料和技術(shù)。5.1.2骨骼填充陶瓷材料在骨髓細(xì)胞中包含有能分化成骨細(xì)胞的干細(xì)胞，所以預(yù)先從患者身上采集一些骨細(xì)胞，把它放置在多孔性的人體活性陶瓷之中，在體外培養(yǎng)直至分化出骨芽細(xì)胞，再把它隨從陶瓷埋入骨缺損部，這時骨形成就更有效，人們正期待開發(fā)出這種骨填充陶瓷材料。5.1.3臨床可以成形的人工骨人們正期待研制出與骨缺損形狀完全吻合的人工骨材料：把粉末和體液混合在一起后，數(shù)分鐘內(nèi)有流動性，然后固化，與周圍的骨結(jié)合在一起，具有與人骨相似的力學(xué)性質(zhì)，陶瓷人工骨可用注射器將它注入患病部位，修復(fù)骨缺損部位。5.1.4用作放射療法治療癌癥的陶瓷放射療法是以保存壞部位只殺癌細(xì)胞為目的，很多時候是體外輻射，最理性的方法是對體內(nèi)癌部位進(jìn)行局部放射性治療，用高頻感應(yīng)熱等離子體方法，可以得到只有YPO微結(jié)晶組成的小球及很好的化學(xué)穩(wěn)定性，用這些小球進(jìn)行放療治癌的動物試驗正準(zhǔn)備進(jìn)行。5.1.5熱療治癌的陶瓷正常細(xì)胞耐熱溫度為48℃左右，而癌細(xì)胞缺乏養(yǎng)的供給不耐熱，在43℃左右便死亡，把強磁性陶瓷小球送入癌部，再把該部位放于交流磁場下，磁性體就會因磁滯損耗而發(fā)熱，從而達(dá)到局部加熱癌部位的目的?，F(xiàn)在正在開發(fā)有更加良好發(fā)熱效率的強磁性微小球。5.2生物陶瓷材料的發(fā)展熱點

目前生物陶瓷材料已得到了高度重視并取得了巨大的發(fā)展，但是在韌性以及生物的相容性上仍存在不足，今后，生物陶瓷材料發(fā)展方向主要有：

5.2.1復(fù)合材料

為提高生物陶瓷材料的力學(xué)性能、穩(wěn)定性和生物相容性，許多材料工作者在復(fù)合生物陶瓷材料方面做了大量的研究，并取得了較大進(jìn)步。目前，常用的基體材料有生物高分子材料、碳素材料、生物玻璃、磷酸鈣基生物陶瓷等材料，增強材料有碳纖維、不銹鋼或鈷基合金纖維、生物玻璃陶瓷纖維、陶瓷纖維等纖維增強體，另外還有氧化鋯、磷酸鈣基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等顆粒增強體。利用硅硼酸鈉玻璃來增強HAp，當(dāng)玻璃相為59%，可使HA的機械強度增加到47MPa。還有學(xué)者將惰性生物材料和活性生物材料進(jìn)行復(fù)合，即滿足了復(fù)合材料對力學(xué)性能的要求，也彌補了惰性生物材料生物相容性差的缺點。

5.2.2納米技術(shù)的應(yīng)用

納米技術(shù)在20世紀(jì)90年代得以迅速發(fā)展，由于納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及量子效應(yīng)等獨特的性能，使納米材料呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。近年來，納米技術(shù)在生物材料領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)受到關(guān)注。納米陶瓷在人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒等硬組織替代材料制造及臨床應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。英國的Webster成功地合成了模擬骨骼亞結(jié)構(gòu)的納米物質(zhì)，該物質(zhì)有望取代目前骨科常用的合金材料，而且不易骨折，并能與正常骨組織連接緊密。傳統(tǒng)的氧化物生物陶瓷存在材料的脆性等問題，而利用納米技術(shù)制成的陶瓷材料，由于納米陶瓷晶粒尺寸很小，材料中的內(nèi)在氣孔和缺陷尺寸大大減少，材料不易造成穿晶斷裂，有利于提高材料的韌性和強度，并隨著晶粒尺寸變小同時又使晶界數(shù)量大大增加，有助于晶粒間的移動，使納米陶瓷塑性增強，易于加工。在生物活性陶瓷方面，目前研究主要以模擬精細(xì)天然骨結(jié)構(gòu)為主。在自然骨的骨質(zhì)中，羥基磷灰石主要以長10~60nm、寬2~6nm的針狀結(jié)晶為主。因此，目前HAp納米材料的研究主要集中在納米HAp晶體，納米HAp/高聚物復(fù)合材料和納米HAp涂層材料方面。在醫(yī)用方面，生物陶瓷已成為生物材料的一個重要領(lǐng)域，生物陶瓷有著不可估量的醫(yī)用前景。5.3生物陶瓷需要解決的問題隨著社會的進(jìn)步，人類已不再滿足簡單模仿人體器官的形狀，而是追求功能盡善盡美的新型材料。通過多年的研究摸索，我們?nèi)杂幸韵聠栴}需要解決：（1）提高現(xiàn)有生物陶瓷的可靠性，提高其強度，降低楊氏模量，改善韌性。（2）深入研究種植體與骨界面的作用過程以及種植體與骨和軟組織結(jié)合的機理，這對了解腐蝕、疲勞過程，摸索預(yù)防和控制的途徑有重要意義。開展人工骨應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究，建立和